CN106671444B - 用于复合材料制造的装置和用于制造复合材料产品的方法 - Google Patents

用于复合材料制造的装置和用于制造复合材料产品的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于复合材料产品的边通气装置。提供了用于固化复合材料产品的系统和方法。一个示例性实施方式为用于复合材料制造的边通气装置。边通气装置由刚性材料形成并包括具有顶部开放结构的细长主体，该顶部结构具有限定拱形的横截面。边通气装置还包括细长主体内的中空通道，其在顶部结构的下面并沿细长主体的长度行进。顶部开放结构限定多个开口，形成空气可以通过其进入的开放网孔。

Description

用于复合材料制造的装置和用于制造复合材料产品的方法
技术领域
本公开内容涉及制造领域，以及具体而言，涉及复合材料真空袋制造工艺。
背景技术
许多复合材料产品(如，碳纤维产品，诸如飞机机翼)经由真空袋制造工艺制造。使用这些技术，将材料的层放置在彼此上，并且将其固化以硬化为复合材料零件。为了确保层硬化为正确的形状，层被放置在真空袋内。真空袋施加压力以使层抵靠加工机床(tool)的表面形成轮廓并固结，并且移除层内存在的易挥发化合物。
作为该工艺的一部分，紧靠复合材料产品放置被称为通气装置的部件。这些通气装置为空气和气态易挥发物提供离开真空袋的通道。然而，工业继续寻找增强的通气装置的设计，其降低成本和/或增加质量。
发明内容
本文描述的实施方式包括用于复合材料零件的增强的边通气装置(edgebreather)。具体而言，边通气装置被设计为桁架状框架，其限定用于空气流动通过的开放通路。这些框架在固化产品期间(如，在90磅每平方英寸(PSI)下，在高压釜中)还能够承受来自真空袋的负荷，而不损坏真空袋。
一个示例性实施方式是用于复合材料制造的边通气装置。边通气装置由刚性材料形成并包括具有顶部开放结构的细长主体，该顶部开放结构具有限定拱形的横截面。边通气装置还包括细长主体内的中空通道，其位于顶部结构的下面并沿细长主体的长度行进。顶部开放结构限定多个开口，形成空气可以通过其进入的开放网孔(open mesh)。
另一个示例性实施方式是由刚性材料形成的用于复合材料制造的边通气装置。边通气装置包括具有顶部开放结构的细长主体，该顶部开放结构具有限定拱形的横截面。细长主体内的中空通道位于顶部结构的下面并沿细长主体的长度行进。顶部开放结构限定多个开口，形成空气可以通过其进入的开放网孔。
另一个实施方式是复合材料制造系统。该系统包括刚性机床和在该刚性机床的顶上的边通气装置。边通气装置包括底座和从该底座突出的多个支承构件。边通气装置进一步包括多个横向构件，其使远离底座的支承构件的部分互相连接，在底座之上形成有图案的结构。系统还包括在边通气装置的顶部上铺放的表面通气装置，和密封边通气装置、表面通气装置和机床的部分隔离周围大气的真空袋。
进一步的实施方式是用于制造复合材料产品的方法。该方法包括在机床上放置复合材料装料，沿装料的周长定位边通气装置，并围绕装料和边通气装置创造真空室。该方法进一步包括在真空室中抽真空，和从复合材料装料抽取气体经过从边通气装置的底座突出的支承构件。
进一步实施方式是用于制作边通气装置的方法。该方法包括加热结构材料为液体，铺放液体以形成底座，并等待底座凝固。该方法进一步包括以图案反复地铺放液体以形成从底座突出的多个支承构件，每个支承构件包括紧靠底座的部分和远离底座的部分，和以图案铺放液体以形成多个横向构件，其使支承构件的远端部分相互连接，在底座之上形成开放的有图案的结构。额外地，该方法包括等待液体凝固为完成的边通气装置。
进一步实施方式包括用于复合材料制造的边通气装置。边通气装置包括拱形的、刚性开放的有图案的结构，其包括多个互相连接的横向构件，在真空袋复合材料制造过程期间，通过该结构气体能够自由地流入和流出。
下面可以描述其它示例性实施方式(如，与前述实施方式相关的方法和计算机可读介质)。已经讨论的特征、功能和优点可以在各种实施方式中单独地实现，或者可以在仍其它实施方式中组合，参考下面的描述和附图，可见其进一步的细节。
附图说明
现在仅通过举例和参考附图，描述本公开内容的一些实施方式。在所有附图上，相同的参考数字代表相同的要素或相同类型的要素。
图1为示例性实施方式中的真空袋制造系统的框图。
图2-5为图解示例性实施方式中的真空袋制造系统的制备的截面剖视图。
图6为图解示例性实施方式中的利用真空袋制造系统的方法的流程图。
图7为示例性实施方式中的边通气装置的透视图。
图8为示例性实施方式中的边通气装置的截面剖视图。
图9为示例性实施方式中的边通气装置的侧视图。
图10为示例性实施方式中的边通气装置的俯视图。
图11为图解示例性实施方式中的制作边通气装置的方法的流程图。
图12为图解示例性实施方式中的真空袋制造系统的框图。
图13为示例性实施方式中的飞机生产和使用方法的流程图。
图14为示例性实施方式中的飞机的框图。
具体实施方式
附图和下面的描述图解了公开内容的具体示例性实施方式。因此，应当理解，本领域内技术人员能够设想尽管本文中没有明确描述或显示但体现公开内容的原理并包括在公开内容的范围内的各种布置。此外，本文中描述的任何实例旨在助于理解公开内容的原理，并将被解释为不限制于这样具体叙述的实例和条件。因此，公开内容不限于下面描述的具体的实施方式或实例，而是由权利要求和其等效形式所限制。
图1是示例性实施方式中的真空袋制造系统100的框图。系统100包括能够利用真空袋技术以固结和/或固化复合材料零件(如，纤维增强的复合材料零件，诸如飞机机翼或任何其它适合的部件)的部件和/或装置的任意组合。系统100已经被增强以利用边通气装置(130、132、134、136)，其在固化过程期间(如，数百°F和/或90PSI)抵抗压力和热，并且其还限定空气和易挥发气体可以进入然后行进通过从而离开系统100的内部通道(如，经由真空软管160)。
在该实施方式中，系统100包括刚性机床110，其在制造期间形成零件140贴合的表面。如图1所示，零件140经由真空袋120保持在机床110上的适当位置，真空袋120经由边密封胶粘贴(tape)/密封至机床110，并覆盖机床110以及边通气装置130、132、134和136。边通气装置(130、132、134、136)为来自固化过程的空气和易挥发气体提供在真空袋120内行进的通道。然后，这些易挥发气体经由孔150离开真空袋120，该孔150作为真空管线160的配件操作。在该实施方式中，真空管线160由压缩器170提供动力。
虽然在一个实施方式的操作中，压缩器170可以在真空袋120上产生大约一个大气的负压。这按压真空袋120抵靠零件140以使零件140贴合至机床110。这还引起真空袋120紧紧地贴合至边通气装置(130、132、134、136)。随着零件140固化，这提供保持零件140紧紧地抵靠机床110的轮廓的益处，并且还提供其快速地抽出易挥发气体和空气泡——否则其在固化过程期间将形成——的益处。固化过程自身可以进一步包含施加大量的压力和/或热。系统100的边通气装置(130、132、134、136)已经被增强以展现抵抗由真空软管160施加的压力下皱缩的几何形状。将关于下面的图7-10描述边通气装置(130、132、134、136)的进一步细节，同时将关于图2-5描述系统100的操作的进一步细节。
图2-5为当在示例性实施方式中系统100被组装时，系统100的截面剖视侧视图。该视图由图1的要素2表示。因此，将关于图2-5提供系统100的进一步描述，其讨论各种部件可以被组装的顺序，从而助于真空袋制造。图2图解了处于备用状态的机床110。机床110的上表面111可以涂覆有脱模剂，从而确保在固化过程期间和/或在固化过程之后，放置在机床110的顶上的零件不粘合至机床110。
在图3中，边通气装置(如，132、134)被放置在机床110上，零件140也被放置在机床110上(在该实施方式中，零件140由层/层片142和144，以及芯146组成，但是在进一步实施方式中，固体层压复合材料装料可以取代芯146)。任何适合的复合结构可以被用于零件140。边通气装置132和134紧靠零件140放置，并作为紧靠零件140的空气被吸离零件140的气廊(lane)。这确保空气泡(未示出)将不干扰零件140的固化。
图4图解了边密封胶220(如，双面胶带)已经在边通气装置(如，132、134)的周边处被施加至机床110上，并且进一步图解了施加分型膜(parting film)180至零件140，以及在分型膜180和边通气装置132和134的顶上施加表面通气装置190。分型膜180可以包括可渗透的特氟龙层，其防止零件140粘贴至其它部件。边通气装置(130、132、134、136)结合表面通气装置190形成在固化之前和/或固化期间空气和易挥发气体离开零件140被安全地输送离开的通道。具体地，表面通气装置190提供空气可以行进以离开系统的多孔气廊。
根据图5，零件140被分型膜180覆盖。表面通气装置190和它下面的部件通过真空袋120被密封至机床110上，所述真空袋120经由边密封胶220附连至机床110。探针垫210提供紧靠配件150的小的通气装置通路，真空软管160附连至所述配件150。然后，真空软管160可以从真空袋120抽取出空气，由此将零件140按压至机床110上。然后，可以施加热和/或压力以固化/硬化零件140。
如图2-5所示的添加叠层至零件140上和固化叠层的过程可以作为重复过程连续添加和固化多个层，其中新的“未加工的(green)”层被添加至零件140并被固化，然后进一步的新的“未加工的层”被再一次添加。利用该技术，制造商可以一次添加例如数千英寸的厚度至零件140，直到零件140完成。
将关于图6讨论系统100的操作的说明性细节。对于该实施方式，假设零件140已经准备被固化但还没有被放置至机床110上。
图6为图解示例性实施方式中的利用真空袋制造系统100的方法600的流程图。参考图1的系统100描述了方法600的步骤，但本领域技术人员将理解方法600可以在其它真空袋制造系统中执行。本文中描述的流程图的步骤不是包括所有的并且可以包括未示出的其它步骤。本文中描述的步骤还可以以可选的顺序执行。
根据图6，零件140(包括复合材料装料)被放置/铺放在机床110之上(步骤602)。然后，选择例如与在图7-10处描述的增强的几何形状贴合的边通气装置(130、132、134、136)来与零件140一起使用，并且将其沿复合材料装料的周长放置/定位(步骤604)。例如，这些边通气装置(130、132、134、136)。然后，围绕复合材料装料和边通气装置(130、132、134、136)——如上面关于图2-5所描述的——创建包括真空袋120的真空室(步骤606)。经由真空软管160在真空室中抽真空(步骤608)，并且从复合材料装料抽取气体经过从边通气装置132的底座突出的支承构件。在下面详细描述边通气装置132以及边通气装置132的支承构件和底座的性质。零件140还可以被固化(如，经由施加热和/或压力至零件140内部的固化试剂/树脂)，从而硬化零件140为完整的整体。
图7-10为示例性实施方式中的增强的边通气装置132自身的详细视图。具体地，图7为边通气装置132的透视图，图8为边通气装置132的前视图，图9为边通气装置132的侧视图，和图10为边通气装置132的俯视图。
根据图7，边通气装置132具有长度(L)的细长主体133，其取决于被制作的产品的特性可以改变。边通气装置还具有宽度(W)。此外，在该实施方式中，边通气装置132限定开放的有图案的上表面/结构830，其形成开放网孔，空气可以通过其自由地进入和离开边通气装置132。在图7上还显示了圆的端帽834。端帽834，通过发挥作用以平滑地终止边通气装置132，降低真空袋120(如，图1中所示)将围绕边通气装置132压缩和收缩，潜在地破裂真空袋120的机会。
一个或多个流量计890可以在边通气装置132内部地或在边通气装置(如，图1中所示130、132、134和136)之间中与边通气装置132连接。图8图解了示例性实施方式中的边通气装置132的截面剖视图。具体地，通过图7的视图箭头8显示了该视图。如图8中所示，结构830具有拱形形式的横截面。图8图解了边通气装置132包括多个内部刚性支承构件/支柱820，其每个由底座810突出/凸起。每个支承构件820从底座810凸起的角度取决于支承构件820与底座810的边812的距离。简言之，每个支承构件820成角度，使得其以与结构830(和/或表面/结构840)相切的线基本上垂直的角度与结构830相接。
结构830自身是刚性的，并且由在支承构件820之间交织的多个刚性横向/纵向构件832组成，而结构840由使支承构件820相互连接的多个横向构件842组成。横向构件832和842在与紧靠底座810的部分824相对的，远离底座810的部分822处固定至支承构件820。简言之，在一个实施方式中，由结构830限定的弧的半径大于由结构840限定的弧的半径。结构830和840之间的空间被再分为单元格(cell)870，在其中用于固化零件(如，零件140)的过量树脂可以聚集，而基本上不干扰气流通过通道892和894(进入页面和沿边通气装置132的长度)。如本文中所使用，结构830和840被描述为刚性的，因为它们的抵抗压缩的横截面强度是大量的(如，能够抵抗90PSI负荷和大量的热)。话虽如此，当边通气装置132展现充分窄的(如，小于半英寸)和充分长的(如，许多英尺)的几何形状时，其仍可以是沿其长度一些程度弯曲的。
壁860限定中空圆柱形隧道864，其紧靠底座810的中心814，通过/沿边通气装置132的长度(即，在纵向方向上)行进。在该实施方式中，流量计(如，图7的流量计890)的配线862被放置在隧道860内。配线862连接流量计890(如，串联)，能够在流量计定位(如，890)的各个位置处测量边通气装置132内的气流。这又能够使紧靠边通气装置132的泄漏被快速定位，这是因为在同一边通气装置内的相邻流量计890之间流速的突然变化可以指示空气正不期望地进入相邻流量计890之间的系统，或在相邻流量计890之间一些地方气流已经被切断。支承构件850由壁860凸出，在进一步实施方式中，其可以从壁860辐射出。每个支承构件850和/或820的角度确保支承构件850/820在制作零件期间经历柱压缩和抵消施加至边通气装置132的开放的有图案的结构830的压碎力。
当在负荷下时，边通气装置132以类似于桁架或空间框架的方式分配力，其中压缩负荷被施加至支承构件820和850，同时至少一些横向构件832和/或842接受拉伸负荷(可以使其它横向构件832和842压缩)。即，在负荷下，在边通气装置132处，使至少一些横向构件832和/或842拉伸而使支承构件820和850压缩。
图8中图解所示的边通气装置132是有利的，因为其提供能够抵抗压碎力和高温持续长时期的轻重量、可再利用的结构。边通气装置132的轻重量性质还确保边通气装置132比现有边通气装置更人类工程学地定位，特别是对于大的复合材料零件(如，飞机机翼)。图9图解了结构830和840，其实质上是基本上开放的，以允许气流经由通道892自由地进入边通气装置132。结构830不是断续的且基本上是连续的。相反，而支承体820打断结构840的连续性，其在结构830以下。图10为边通气装置132的俯视图，其图解了上面讨论的各种部件。对于边通气装置132，本文中图解的单独的特征可以是特别小的。例如，在一个实施方式中，每个支承构件820的直径为近似0.01英寸。
边通气装置132可以经由任何适合的方法制造，诸如经由3D打印、利用可溶芯制作工艺、聚合物喷射(polyjet)制造、立体平版印刷术(Stereolithography)(SLA)、熔融沉积成型(FDM)、选择性激光烧结(SLS)、选择性激光熔化(SLM)、电子束熔化(EBM)、脱蜡铸造(lost wax casting)、可溶芯成型等。例如，在一个实施方式中，边通气装置(130、132、134、136)是单一整体的三维(3D)打印零件，其由丙烯酸氨基甲酸酯的光聚合物组成。这样的实施方式可以特别地抗压碎，并因此实质上可以可再利用。在仍进一步实施方式中，每个边通气装置(130、132、134、136)包括底座810和一个或多个开放结构(830、840)，但是不包括任何支承体820或850。在这样的实施方式中，每个边通气装置(130、132、134、136)依赖于开放结构(830，840)的弧线形状的抗压性来抵抗来自真空袋(如，120)的压缩。在仍另一进一步的实施方式中，隧道960可以不存在，并且对于边通气装置(130、132、134、136)，可以限定开放结构的任意数目的图案。
图11图解了经由3D打印制作边通气装置的方法1100。例如，方法1100可以通过任何适合的3D打印机实施，从而打印一个或多个边通气装置。方法包括在步骤1102中将结构材料(如，3D打印材料)加热为液体，在步骤1104中铺放液体以形成底座，和在步骤1106中等待底座凝固。随着底座形成，方法继续至步骤1108，其包括以图案重复地铺放液体以形成由底座突出的多个支承构件，每个支承构件包括紧靠底座的部分和远离底座的部分。步骤1110包括以图案铺放液体以形成使支承构件的远端部分相互连接的多个横向构件，在底座之上形成开放的有图案的结构。步骤1112包括等待液体凝固为完成的边通气装置。
图12为图解示例性实施方式中的真空袋制造系统的框图。如图12中所示，机床110形成系统100的底层，在其上放置边密封胶220、边通气装置132和134，以及零件140。边通气装置132和134每个包括底座1202、支承构件1204和横向构件1206。零件140包括下层/层片144、芯146和上层/层片142。零件140被分型膜180覆盖。在分型膜180和边通气装置130、132、134和136的顶上，设置表面通气装置190。表面通气装置190和在它下面的部件通过真空袋120密封至机床110上，所述真空袋120经由边密封胶220被附连至机床110。探针垫210提供紧靠配件150的小通气装置通路，真空软管160被附连至配件150并穿透真空袋120。真空软管160由真空泵170提供动力。
更具体地参考附图，在图13中所示的飞机制造和使用方法1300和图14中所示飞机1302的背景中，可以描述公开内容的实施方式。在生产前期间，示例性方法1300可以包括飞机1302的规格和设计1304和材料采购1306。在生产期间，进行飞机1302的部件和子组件制造1308和系统集成1310。其后，飞机1302可以通过验收并交付1313，从而被投入使用1314。在被客户使用时，飞机1302被安排进行常规维护和保养1316(其还可以包括改进、重构、翻新等等)。
在一个实施方式中，零件140包括机身1318的部分，并在部件和子组件制造1308期间经由使用边通气装置130、132、134和136制造。然后，零件140可以在系统集成1310中被组装入飞机，然后在使用1314中被利用，直到磨损使得零件140不可用。然后，在维护和保养1316中，零件140可以被丢弃并以新制造的零件140代替。边通气装置(130、132、134、136)可以贯穿部件和子组件制造1308利用，从而制造零件140。边通气装置(130、132、134、136)甚至可以潜在地被用于维护和保养1316，从而修复或翻新磨损或损坏的零件140。
可以通过系统集成商、第三方和/或操作者(如，客户)执行或进行方法1300的每一步过程。出于该描述的目的，系统集成商可以包括而不限于任意数目的飞机制造商和主系统转包商；第三方可以包括而不限于任意数目的销售商、转包商和供应商；和操作者可以为航空公司、租赁公司、军事实体、服务组织等等。
如图14所示，由示例性方法1300生产的飞机1302可以包括具有多个系统1320的机身1318和内部1322。高级系统1320的实例包括推进系统1324、电气系统1326、液压系统1328和环境系统1330中的一个或多个。可以包括任意数目的其他系统。虽然显示航空航天的实例，但发明的原理可以被应用于其他工业，诸如汽车工业。
可以在生产和使用方法1300的一个或多个阶段期间，利用本文中包含的装置和方法。例如，可以以与飞机1302使用时生产的部件或子组件类似的方式制作或制造对应生产阶段1308的部件或子组件。同样地，在生产阶段1308和1310期间，一个或多个装置实施方式、方法实施方式或其组合可以被利用，例如，通过充分地加快飞机1302的组装或降低飞机1302的成本。类似地，在飞机1302使用时，一个或多个装置实施方式、方法实施方式或其组合可以被利用于例如但不限于维护和保养1316。
任意本文中描述的各种操作可以通过实施为硬件、软件、固件或这些的一些组合的计算机可控的元件管理/控制。例如，真空泵170或机器人臂(未示出)的操作可以通过专用内部硬件控制。专用的硬件元件可以被称为“处理器”、“控制器”或一些类似的术语。当通过处理器提供时，功能可以由单个的专用处理器、由单个的共享处理器，或由多个单独的处理器提供，多个单独的处理中一些可以是共享的。而且，术语“处理器”或“控制器”的明确用途不应被解释为排它地指能够执行软件的硬件，并可以暗含地包括而不限于数字信号处理器(DSP)硬件、网络处理器、专用集成电路(ASIC)或其他电路、现场可编程门阵列(FPGA)、用于存储软件的只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、非易失性存储、逻辑、或者一些其它的物理硬件部件或模块。
同样地，元件可以实施为由处理器或计算机可执行的指令以执行元件的功能。指令的一些实例是软件、程序代码和固件。当由处理器执行时，指令是可操作的，以指导处理器执行元件的功能。指令可以储存在由处理器可读的存储装置上。存储装置的一些实例是数字或固态存储器、磁性存储介质，诸如磁盘和磁带、硬盘驱动器、或任选地可读数字数据存储介质。
因此，综上，根据本发明的第一方面，提供如下：
A1.一种装置，其包括：
用于复合材料制造的边通气装置，其由刚性材料形成，并包括：
具有顶部开放结构的细长主体，该顶部开放结构具有限定拱形的横截面；和
细长主体内的中空通道，其在顶部结构的下面并沿细长主体的长度行进；
顶部结构限定多个开口，形成空气可以通过其进入的开放网孔。
A2.还提供了，根据段落A1的边通气装置，进一步包括：
底座；
由底座突出的多个支承构件，每个支承构件包括紧靠底座的部分和远离底座的部分；和
多个横向构件，其使支承构件的远端部分相互连接，形成顶部结构。
A3.还提供了，根据段落A2的边通气装置，其中：
顶部结构配置为分配负荷至支承构件以使支承构件压缩，同时还分配负荷至横向构件以使横向构件中的至少一个拉伸。
A4.还提供了，根据段落A2的边通气装置，其中：
顶部结构在底座之上形成弧形。
A5.还提供了，根据段落A2的边通气装置，其中：
支承构件每个从底座以角度突出，并且基于支承构件至底座的边的接近度(proximity)确定支承构件的每个的角度，和每个支承构件的角度确保支承构件在制作零件期间经历柱压缩和抵消施加至边通气装置的顶部结构的压碎力。
A6.还提供了，根据段落A2的边通气装置，进一步包括：
第二多个横向构件，其使支承构件的远端部分相互连接，在底座之上形成第二开放结构。
A7.还提供了，根据段落A2的边通气装置，进一步包括：
限定中空圆柱形隧道的壁，该隧道连续通过底座的中心。
A8.还提供了，根据段落A6的边通气装置，进一步包括：
由壁突出的多个支承构件。
A9.还提供了，根据段落A6的边通气装置，进一步包括：
流量计，其配置为测量通过边通气装置的气流。
A10.还提供了，根据段落A6的边通气装置，其中：
底座、支承构件和横向构件是整体的。
A11.还提供了，根据段落A2的边通气装置，其中：
底座、支承构件和横向构件是整体的，并且边通气装置从三维(3D)打印机经由打印制作。
A12.还提供了，根据段落A2的边通气装置，其中：
顶部结构包括网格(lattice)。
A13.还提供了，根据段落A2的边通气装置，其中：
边通气装置与真空管线连接，该真空管线从固化复合材料产品抽取气体通过边通气装置并进入真空管线。
根据本发明的进一步的方面，提供如下：
B1.一种复合材料制造系统，其包括：
具有表面的刚性机床，其配置为支承复合材料零件；
在刚性机床的顶上的边通气装置，其包括：
底座；
从底座突出的多个支承构件；和
多个横向构件，其使远离底座的支承构件的部分相互连接，在底座之上形成顶部结构；
铺放在边通气装置的顶上的表面通气装置；和
隔离周围大气密封边通气装置、表面通气装置和机床的部分的真空袋。
B2.还提供了，根据段落B1的系统，其中：
顶部结构在底座之上形成弧形。
B3.还提供了，根据段落B1的系统，其中：
支承构件每个从底座以角度突出，并且基于支承构件至底座的边的接近度确定支承构件的每个的角度。
B4.还提供了，根据段落B1的系统，进一步包括：
第二多个横向构件，其使支承构件的远端部分相互连接，在底座之上形成第二开放结构。
B5.还提供了，根据段落B1的系统，其中边通气装置进一步包括：
限定中空圆柱形隧道的壁，该隧道连续通过底座的中心。
B6.还提供了，根据段落B5的系统，进一步包括：
由隧道突出的多个支承构件。
B7.还提供了，根据段落B5的系统，进一步包括：
流量计，其配置为测量通过边通气装置的气流。
B8.还提供了，根据段落B1的系统，其中：
底座、支承构件和横向构件是整体的。
B9.还提供了，根据段落B1的系统，其中：
开放的有图案的结构包括网格。
B10.还提供了，根据段落B1的系统，其中：
顶部结构配置为分配负荷至支承构件以使支承构件压缩，同时还分配负荷至横向构件以使横向构件中的至少一个拉伸。
根据本发明的进一步的方面，提供如下：
C1.一种用于制作复合材料产品的方法，其包括：
在机床上放置复合材料装料；
沿复合材料装料的周长定位边通气装置；
围绕装料和边通气装置创建真空室；
在真空室中抽真空；和
抽取来自复合材料装料的气体经过从边通气装置的底座突出的支承构件。
C2.还提供了，根据段落C1的方法，进一步包括：
在复合材料装料和边通气装置的顶上放置表面通气装置。
C3.还提供了，根据段落C1的方法，进一步包括：
固化复合材料装料。
C4.还提供了，根据段落C1的方法，其中：
抽取气体经过支承构件包括抽取气体经过多个支承构件，该多个支承构件的每个从底座突出并支承开放的有图案的结构。
C5.还提供了，根据段落C4的方法，其中：
边通气装置展现拱形形状的横截面，气体通过其可以自由地进入或离开边通气装置。
C6.还提供了，根据段落C1的方法，进一步包括：
在复合材料装料的顶上施加分型膜。
C7.还提供了，根据段落C1的方法，进一步包括：
当在真空室中抽真空时，使边通气装置的支承构件压缩，同时使边通气装置的横向构件拉伸。
根据本发明的进一步的方面，提供如下：
D1.一种制作边通气装置的方法，其包括：
将结构材料加热为液体；
铺放液体以形成底座；
等待底座凝固；
以图案重复地铺放液体以形成从底座突出的多个支承构件，每个支承构件包括紧靠底座的部分和远离底座的部分；
以图案铺放液体以形成使支承构件的远端部分相互连接的多个横向构件，在底座之上形成开放的有图案的结构；和
等待液体凝固为完成的边通气装置。
虽然本文中描述了具体的实施方式，但是公开内容的范围不限于那些具体的实施方式。公开内容的范围由所附权利要求以及其任意等效形式限定。

Claims (14)

1.一种用于复合材料制造的装置，其包括：
边通气装置，其由刚性材料形成，并包括：
具有顶部开放结构的细长主体，所述顶部开放结构具有限定拱形的横截面；和
所述细长主体内的中空通道，其在所述顶部开放结构的下面并沿所述细长主体的长度行进；
所述顶部开放结构限定多个开口，形成空气可以通过其进入的开放网孔；
底座；
由所述底座突出的多个支承构件，每个支承构件包括紧靠所述底座的部分和远离所述底座的部分；和
多个横向构件，其使所述支承构件的远端部分相互连接，形成所述顶部开放结构。
2.根据权利要求1所述的装置，其中：
所述顶部开放结构配置为分配负荷至所述支承构件以使所述支承构件压缩，同时还分配负荷至所述横向构件以使所述横向构件中的至少一个拉伸。
3.根据权利要求1所述的装置，其中：
所述顶部开放结构在所述底座之上形成弧形。
4.根据权利要求1所述的装置，其中：
所述支承构件每个从所述底座以角度突出，并且基于所述支承构件至所述底座的边的接近度确定所述支承构件的每个的角度，并且每个支承构件的所述角度确保所述支承构件在制作零件期间经历柱压缩和抵消施加至所述边通气装置的所述顶部开放结构的压碎力。
5.根据权利要求1所述的装置，进一步包括：
第二多个横向构件，其使所述支承构件的远端部分相互连接，在所述底座之上形成第二开放结构。
6.根据权利要求1所述的装置，进一步包括：
限定中空圆柱形隧道的壁，所述隧道连续通过所述底座的中心。
7.根据权利要求6所述的装置，进一步包括：
由所述壁突出的多个支承构件。
8.根据权利要求5所述的装置，进一步包括：
流量计，其配置为测量通过所述边通气装置的气流。
9.根据权利要求5所述的装置，其中：
所述底座、支承构件和横向构件是整体的。
10.根据权利要求1所述的装置，其中：
所述顶部开放结构包括网格。
11.根据权利要求1所述的装置，其中：
所述边通气装置与真空管线连接，所述真空管线从固化复合材料产品抽取气体通过所述边通气装置并进入所述真空管线。
12.一种复合材料制造装置，其包括：
具有表面的刚性机床，其配置为支承复合材料零件；
在所述刚性机床的顶上的边通气装置，其包括：
底座；
从所述底座突出的多个支承构件；和
多个横向构件，其使远离所述底座的所述支承构件的部分相互连接，在所述底座之上形成顶部开放结构；
铺放在所述边通气装置的顶上的表面通气装置；和
隔离周围大气密封所述边通气装置、所述表面通气装置和所述机床的部分的真空袋。
13.一种用于制作复合材料产品的方法，其包括：
在机床上放置复合材料装料；
沿所述复合材料装料的周长定位根据权利要求1所述的装置；
围绕所述装料和所述边通气装置创建真空室；
在所述真空室中抽真空；和
抽取来自所述复合材料装料的气体经过从所述边通气装置的底座突出的支承构件。
14.根据权利要求13所述的方法，其中：
抽取气体经过所述支承构件包括抽取气体经过多个支承构件，所述多个支承构件的每个从所述底座突出并支承开放的有图案的结构。
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10773428B2 (en) 2016-01-07 2020-09-15 The Boeing Company Vacuum port base
EP3571453B1 (en) * 2017-01-18 2023-05-24 Whirlpool Corporation Use of edge located channels for achieving faster vacuum evacuation time in vacuum insulated structures
EP3571452B1 (en) * 2017-01-18 2023-04-19 Whirlpool Corporation Use of looped conduits for achieving faster vacuum evacuation time in vacuum insulated structures
EP3571451B1 (en) 2017-01-18 2021-10-13 Whirlpool Corporation Increased vacuum port area for achieving faster vacuum evacuation time in vacuum insulated structures
US11097524B2 (en) * 2017-05-26 2021-08-24 The Boeing Company Flexible vacuum securement of objects to complex surfaces
WO2019083988A1 (en) * 2017-10-23 2019-05-02 Trifusion Devices Inc. THREE-DIMENSIONAL PRINTING METHOD AND PIECE
US11312026B2 (en) 2019-10-10 2022-04-26 The Boeing Company Placement and compaction of objects via vacuum
US11904558B2 (en) * 2020-10-09 2024-02-20 The Boeing Company Placement and compaction of multiple objects via vacuum heads with floating end effectors
CN114103181B (zh) * 2021-11-26 2023-10-20 中航复合材料有限责任公司 一种高导气率低吸胶复合材料真空成型方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101394990A (zh) * 2006-03-03 2009-03-25 Lm玻璃纤维制品有限公司 用来提供真空注入用聚合物的方法与设备
CN102712142A (zh) * 2009-12-18 2012-10-03 波音公司 复合材料零件的双真空固化处理
CN103085290A (zh) * 2011-11-03 2013-05-08 波音公司 高流量边缘通气器和方法
CN104718064A (zh) * 2012-10-31 2015-06-17 波音公司 具有真空完整性的复合工具及制造该复合工具的方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11254566A (ja) * 1998-01-06 1999-09-21 Toray Ind Inc Ｆｒｐ構造体およびその製造方法
JP4989822B2 (ja) * 2001-04-27 2012-08-01 三菱レイヨン株式会社 プリプレグの製造方法
US8298473B2 (en) 2009-05-15 2012-10-30 The Boeing Company Method of making a cure tool with integrated edge breather
US9044904B2 (en) * 2011-11-17 2015-06-02 The Boeing Company Expandable surface breather and method
US20140327190A1 (en) * 2013-05-02 2014-11-06 Gulfstream Aerospace Corporation Vacuum bag molding assembly and methods
US9862154B2 (en) * 2014-04-01 2018-01-09 The Boeing Company Apparatuses and methods for efficient sealing of vacuum bag seams

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101394990A (zh) * 2006-03-03 2009-03-25 Lm玻璃纤维制品有限公司 用来提供真空注入用聚合物的方法与设备
CN102712142A (zh) * 2009-12-18 2012-10-03 波音公司 复合材料零件的双真空固化处理
CN103085290A (zh) * 2011-11-03 2013-05-08 波音公司 高流量边缘通气器和方法
CN104718064A (zh) * 2012-10-31 2015-06-17 波音公司 具有真空完整性的复合工具及制造该复合工具的方法

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